自旋极化增强ZnFe1.2Co0.8O4/BiVO4 S型异质结光催化性能降解四环素

吴金往 谢琦靖 张成亮 史海峰

引用本文: 吴金往, 谢琦靖, 张成亮, 史海峰. 自旋极化增强ZnFe1.2Co0.8O4/BiVO4 S型异质结光催化性能降解四环素[J]. 物理化学学报, 2025, 41(5): 100050. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100050 shu
Citation:  Jinwang Wu, Qijing Xie, Chengliang Zhang, Haifeng Shi. Rationally Designed ZnFe1.2Co0.8O4/BiVO4 S-Scheme Heterojunction with Spin-Polarization for the Elimination of Antibiotic[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2025, 41(5): 100050. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100050 shu

自旋极化增强ZnFe1.2Co0.8O4/BiVO4 S型异质结光催化性能降解四环素

    通讯作者: 史海峰, hfshi@jiangnan.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 52271175

    南京大学固体微结构国家重点实验室开放课题 M34047

    江苏省青蓝工程项目 

摘要: 最近,电子自旋极化作为抑制光生电荷快速复合的一种策略受到了广泛的关注。然而,自旋极化调控主要关注于单个光催化材料,光生电荷分离的效率依然有待进一步提高。于此,本文构建了ZnFe1.2Co0.8O4(ZFCO)/BiVO4(BVO)异质结,通过S型异质结和自旋极化作用协同促进光生电荷分离,在外部磁场下进一步促进了光催化去除有机物污染物的性能。实验结果表明,在光照下,ZB-1.5 (ZFCO : BVO = 3 : 2)表现出最佳性能,四环素(TC)降解的反应速率常数(k)为0.0146 min−1。在光照和磁场条件下,ZB-1.5的TC降解反应速率常数(k)为0.0175 min−1,其光催化性能得到了进一步提升。研究表明这是由于电子自旋极化和S型电荷分离机制协同促进了光生电荷分离。DFT计算表明,ZFCO在费米能级附近出现了明显的自旋极化现象。光致发光光谱(PL)表明,S型异质结提高了电荷分离效率。此外,评估了可能的降解路径和毒性,表明成功实现了脱毒。这项工作为利用S型异质结开发具有高效光生电荷分离的光催化剂提供了一种研究思路。

English

    1. [1]

      Li, R.; Qiu, L. P.; Cao, S. Z.; Li, Z.; Gao, S. L.; Zhang, J.; Ramakrishna, S.; Long, Y. Z. Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2316725. doi: 10.1002/adfm.202316725

    2. [2]

      陈茹瑶, 夏加增, 陈义钢, 史海峰. 物理化学学报, 2023, 39, 2209012. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209012Chen, R. Y.; Xia, J. Z.; Chen, Y. G.; Shi, H. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2209012. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209012

    3. [3]

      Xie, Q. J.; Huang, H. M.; Zhang, C. L.; Zheng, X. Y.; Shi, H. F. J. Phys. D: Appl. Phys. 2024, 57, 165104. doi: 10.1088/1361-6463/ad2094

    4. [4]

      Wang, L. N.; Chen, T. Y.; Cui, Y. J.; Wu, J. W.; Zhou, X. Y.; Xu, M. F.; Liu, Z. Q.; Mao, W.; Zeng, X. M.; Shen, W.; et al. Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2313653. doi: 10.1002/adfm.202313653

    5. [5]

      Xu, J. C.; Zhang, X. D.; Wang, X. F.; Zhang, J. J.; Yu, J. G.; Yu, H. G. ACS Catal. 2024, 14, 15444. doi: 10.1021/acscatal.4c03916

    6. [6]

      游常俊, 王春春, 蔡铭洁, 刘艳萍, 竺柏康, 李世杰. 物理化学学报, 2024, 40, 2407014. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407014You, C. J.; Wang, C. C.; Cai, M. J.; Liu, Y. P.; Zhu, B. K.; Li, S. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2407014. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407014

    7. [7]

      Chen, R. Y.; Zhang, H. Y.; Dong, Y. M.; Shi, H. F. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 170, 11. doi: 10.1016/j.jmst.2023.07.005

    8. [8]

      Fang, X. Y.; Choi, J. Y.; Stodolka, M.; Pham, H. T.; Park, J. Acc. Chem. Res. 2024, 57, 2316. doi: 10.1021/acs.accounts.4c00280

    9. [9]

      Shi, H. F.; Chen, G. Q.; Zhang, C. L.; Zou, Z. G. ACS Catal. 2014, 4, 3637. doi: 10.1021/cs500848f

    10. [10]

      董珂欣, 申楚琦, 阎如玉, 刘艳萍, 庄春强, 李世杰. 物理化学学报, 2024, 40, 2310013. doi: 10.3866/PKU.WHXB202310013Dong, K. X.; Shen, C. Q.; Yan, R. Y.; Liu, Y. P.; Zhuang, C. Q.; Li, S. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2310013. doi: 10.3866/PKU.WHXB202310013

    11. [11]

      Lv, M. S.; Wang, S. H.; Shi, H. F. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 201, 21. doi: 10.1016/j.jmst.2024.02.073

    12. [12]

      Jin, X. X.; Li, X.; Dong, L. M.; Zhang, B.; Liu, D.; Hou, S. K.; Zhang, Y. S.; Zhang, F. M.; Song, B. Nano Energy 2024, 123, 109341. doi: 10.1016/j.nanoen.2024.109341

    13. [13]

      Dai, B. Y.; Gao, C. C.; Guo, J. H.; Ding, M.; Xu, Q. L.; He, S. X.; Mou, Y. B.; Dong, H.; Hu, M. G.; Dai, Z. Nano Lett. 2024, 24, 4816. doi: 10.1021/acs.nanolett.3c05098

    14. [14]

      Ding, X.; Jing, W. H.; Yin, Y. T.; He, G. W.; Bai, S. J.; Wang, F.; Liu, Y.; Guo, L. J. Chem. Eng. J. 2024, 499, 156091. doi: 10.1016/j.cej.2024.156091

    15. [15]

      Li, X. Y.; Mai, H. X.; Wang, X. D.; Xie, Z. L.; Lu, J. L.; Wen, X. M.; Russo, S. P.; Chen, D. H.; Caruso, R. A. J. Mater. Chem. A 2024, 12, 5204. doi: 10.1039/d3ta06439e

    16. [16]

      Fang, B.; Xing, Z. P.; Kong, W. F.; Li, Z. Z.; Zhou, W. Nano Energy 2022, 101, 107616. doi: 10.1016/j.nanoen.2022.107616

    17. [17]

      Li, Y. Y.; Wang, Z. H.; Wang, Y. Q.; Kovács, A.; Foo, C.; Dunin-Borkowski, R. E.; Lu, Y. H.; Taylor, R. A.; Wu, C.; Tsang, S. C. E. Energy Environ. Sci. 2022, 15, 265. doi: 10.1039/D1EE02222A

    18. [18]

      Mtangi, W.; Kiran, V.; Fontanesi, C.; Naaman, R. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 4916. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b02419

    19. [19]

      Wu, T. Z.; Sun, Y. M.; Ren, X.; Wang, J. R.; Song, J. J.; Pan, Y. D.; Mu, Y. B.; Zhang, J. S.; Cheng, Q. Z.; Xian, G. Y. Adv. Mater. 2023, 35, 2207041. doi: 10.1002/adma.202207041

    20. [20]

      Zhou, S. M.; Miao, X. B.; Zhao, X.; Ma, C.; Qiu, Y. H.; Hu, Z. P.; Zhao, J. Y.; Shi, L.; Zeng, J. Nat. Commun. 2016, 7, 11510. doi: 10.1038/ncomms11510

    21. [21]

      Gao, W. Q.; Peng, R.; Yang, Y. Y.; Zhao, X. L.; Cui, C.; Su, X. W.; Qin, W.; Dai, Y.; Ma, Y. D.; Liu, H. ACS Energy Lett. 2021, 6, 2129. doi: 10.1021/acsenergylett.1c00682

    22. [22]

      Pan, L.; Ai, M. H.; Huang, C. Y.; Yin, L.; Liu, X.; Zhang, R. R.; Wang, S. B.; Jiang, Z.; Zhang, X. W.; Zou, J. J. Nat. Commun. 2020, 11, 418. doi: 10.1038/s41467-020-14333-w

    23. [23]

      Zhu, B. C.; Sun, J.; Zhao, Y. Y.; Zhang, L. Y.; Yu, J. Adv. Mater. 2024, 36, 2310600. doi: 10.1002/adma.202310600

    24. [24]

      Deng, X. Y.; Zhang, J. J.; Qi, K. Z.; Liang, G. J.; Xu, F. Y.; Yu, J. G. Nat. Commun. 2024, 15, 4807. doi: 10.1038/s41467-024-49004-7

    25. [25]

      Meng, K.; Zhang, J. J.; Cheng, B.; Ren, X. G.; Xia, Z. S.; Xu, F. Y.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Adv. Mater. 2024, 36, 2406460. doi: 10.1002/adma.202406460

    26. [26]

      Sun, G. T.; Tai, Z. G.; Zhang, J. J.; Cheng, B.; Yu, H. G.; Yu, J. G. Appl. Catal. B 2024, 358, 124459. doi: 10.1016/j.apcatb.2024.124459

    27. [27]

      Li, Y. Q.; Wan, S. J.; Liang, W. C.; Cheng, B.; Wang, W.; Xiang, Y.; Yu, J. G.; Cao, S. W. Small 2024, 20, 2312104. doi: 10.1002/smll.202312104

    28. [28]

      Qiu, J. Y.; Meng, K.; Zhang, Y.; Cheng, B.; Zhang, J. J.; Wang, L. X.; Yu, J. G. Adv. Mater. 2024, 36, 2400288. doi: 10.1002/adma.202400288

    29. [29]

      Deng, X. Y.; Wen, Z. H.; Li, X. H.; Macyk, W.; Yu, J. G.; Xu, F. Y. Small 2024, 20, 2305410. doi: 10.1002/smll.202305410

    30. [30]

      王文亮, 张灏纯, 陈义钢, 史海峰. 物理化学学报, 2022, 38, 2201008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201008Wang, W. L.; Zhang, H. C.; Chen, Y. G.; Shi, H. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2201008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201008

    31. [31]

      Wang, S. D.; Huang, L. Y.; Xue, L. J.; Kang, Q.; Wen, L. L.; Lv, K. L. Appl. Catal. B 2024, 358, 124366. doi: 10.1016/j.apcatb.2024.124366

    32. [32]

      Zhang, D.; Chen, P. X.; Qin, R.; Li, H. S.; Pu, X. P.; Zou, J. P.; Liu, J. C.; Zhang, D. F.; Ji, X. Y. Appl. Catal. B 2024, 361, 124690. doi: 10.1016/j.apcatb.2024.124690

    33. [33]

      肖林锋, 任婉璐, 沈诗诗, 陈梦姗, 廖润华, 周英棠, 李喜宝. 物理化学学报 2024, 40, 2308036. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308036Xiao, L. F.; Ren, W. L.; Shen, S. S.; Chen, M. S.; Liao, R. H.; Zhou, Y. T.; Li, X. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2308036. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308036

    34. [34]

      Hu, T. P.; Dai, K.; Zhang, J. F.; Chen, S. F. Appl. Catal. B 2020, 269, 118844. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118844

    35. [35]

      黄凯辉, 陈德俊, 张欣, 沈荣晨, 张鹏, 许第发, 李鑫. 物理化学学报, 2024, 40, 2407020. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407020Huang, K. H.; Chen, D. J.; Zhang, X.; Shen, R. X.; Zhang, P.; Xu, D. F.; Li. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2407020. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407020

    36. [36]

      Hu, H. J.; Zhang, X. Y.; Zhang, K. L.; Ma, Y. L.; Wang, H. T.; Li, H.; Huang, H. W.; Sun, X. D.; Ma, T. Y. Adv. Energy Mater. 2024, 14, 2303638. doi: 10.1002/aenm.202303638

    37. [37]

      Ren, D. D.; Zhang, W. N.; Ding, Y. N.; Shen, R. C.; Jiang, Z. M.; Lu, X. Y.; Li, X. Sol. RRL 2020, 4, 1900423. doi: 10.1002/solr.201900423

    38. [38]

      Li, S. J.; Wang, C. C.; Dong, K. X.; Zhang, P.; Chen, X. B.; Li, X. Chin. J. Catal. 2023, 51, 101. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64479-1

    39. [39]

      Guo, W. Q.; Luo, H. L.; Jiang, Z.; Shangguan, W. F. Chin. J. Catal. 2022, 43, 316. doi: 10.1016/S1872-2067(21)63846-9

    40. [40]

      王春春, 游常俊, 戎珂, 申楚琦, 杨方, 李世杰. 物理化学学报, 2024, 40, 2307045. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307045Wang, C. C.; You, C. J.; Rong, K.; Shen, C. Q.; Yang, F.; Li, S. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2307045. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307045

    41. [41]

      Zhang, Q. Q; Wang, Z.; Song, Y. H.; Fan, J.; Sun, T.; Liu, E. Z. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 169, 148. doi: 10.1016/j.jmst.2023.05.066

    42. [42]

      Liu, J. H.; Wei, X. N.; Sun, W. Q.; Guan, X. X.; Zheng, X. C.; Li, J. Environ. Res. 2021, 197, 111136. doi: 10.1016/j.envres.2021.111136

    43. [43]

      Li, Y.; Li, Y. Z.; Yin, Y. D.; Xia, D. H.; Ding, H. R.; Ding, C.; Wu, J.; Yan, Y. H.; Liu, Y.; Chen, N. Appl. Catal. B 2018, 226, 324. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.12.051

    44. [44]

      Zhang, G. H.; Meng, Y.; Xie, B.; Ni, Z. M.; Lu, H. F.; Xia, S. J. Appl. Catal. B 2021, 296, 120379. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120379

    45. [45]

      Li, C.; Feng, F.; Jian, J.; Xu, Y. X.; Li, F.; Wang, H. Q.; Jia, L. C. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 79, 21. doi: 10.1016/j.jmst.2020.11.037

    46. [46]

      Zou, X. J.; Dong, Y. Y.; Ke, J.; Ge, H.; Chen, D.; Sun, H. J.; Cui, Y. B. Chem. Eng. J. 2020, 400, 125919. doi: 10.1016/j.cej.2020.125919

    47. [47]

      Lai, C.; Zhang, M. M.; Li, B. S.; Huang, D. L.; Zeng, G. M.; Qin, L.; Liu, X. G.; Yi, H.; Cheng, M.; Li, L. Chem. Eng. J. 2019, 358, 891. doi: 10.1016/j.cej.2018.10.072

    48. [48]

      Wu, Y.; Zhang, J.; Duan, H.; Zhao, Y. M.; Dong, Y. Z. Dalton Trans. 2021, 50, 15036. doi: 10.1039/D1DT02865K

    49. [49]

      Li, A. H.; Ma, J. L.; Hong, M.; Sun, R. C. Appl. Catal. B 2024, 348, 123834. doi: 10.1016/j.apcatb.2024.123834

    50. [50]

      Lin, H.; Li, S. M.; Deng, B.; Tan, W. H.; Li, R. M.; Xu, Y.; Zhang, H. Chem. Eng. J. 2019, 364, 541. doi: 10.1016/j.cej.2019.01.189

    51. [51]

      Han, T. Y.; Shi, H. F.; Chen, Y. G. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 174, 30. doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.053

    52. [52]

      Yan, J. T.; Zhang, J. J. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 193, 18. doi: 10.1016/j.jmst.2023.12.054

    53. [53]

      Cai, J. J.; Liu, B. W.; Zhang, S. M.; Wang, L. X.; Wu, Z.; Zhang, J. J.; Cheng, B. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 197, 183. doi: 10.1016/j.jmst.2024.02.012

    54. [54]

      Zhu, J. J.; Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A. Chin. J. Catal. 2023, 49, 5. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64438-9

    55. [55]

      Cheng, C.; Zhang, J. J.; Zhu, B. C.; Liang, G. J.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218688. doi: 10.1002/anie.202218688

    56. [56]

      Yu, J. H.; Yao, X. T.; Su, P.; Wang, S. K.; Zhang, D. F.; Ge, B.; Pu, X. P. J. Liaocheng Univ. (Nat. Sci. Ed.) 2024, 37, 52. doi: 10.19728/j.issn1672-6634.2021070009

    57. [57]

      Zhou, D. S.; Shao, S.; Zhang, X.; Di, T. M.; Zhang, J.; Wang, T. L.; Wang, C. W. J. Mater. Chem. A 2023, 11, 401. doi: 10.1039/D2TA07289K

    58. [58]

      Long, Z. Y.; Shi, H. F.; Chen, Y. G. J. Colloid Interface Sci. 2025, 678, 1169. doi: 10.1016/j.jcis.2024.09.112

    59. [59]

      Xie, Q.; He, W. M.; Liu, S. W.; Li, C. H.; Zhang, J. F.; Wong, P. K. Chin. J. Catal. 2020, 41, 140. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63481-9

    60. [60]

      Gracia, J.; Sharpe, R.; Munarriz, J. J. Catal. 2018, 361, 331. doi: 10.1016/j.jcat.2018.03.012

    61. [61]

      Gracia, J.; Munarriz, J.; Polo, V.; Sharpe, R.; Jiao, Y.; Niemantsverdriet, J.; Lim, T. ChemCatChem 2017, 9, 3358. doi: 10.1002/cctc.201700302

    62. [62]

      Gracia, J. J. Phys. Chem. C 2019, 123, 9967. doi: 10.1021/acs.jpcc.9b01635

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  88
  • HTML全文浏览量:  10
文章相关
  • 发布日期:  2025-05-15
  • 收稿日期:  2024-11-05
  • 接受日期:  2024-12-24
  • 修回日期:  2024-12-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章